转眼中秋国庆长假快结束了，一剑君为了不给高速路添堵，一直宅在家里，也算是为节假日作贡献了。但是这个假期真的不太平，除了美国总统大选外，诺贝尔奖也正在陆续颁发中，而跟科技有关的最大新闻，除了苹果铁定在10月14日发布iPhone12外，当属我们的国产手机品牌，其出货量已占全球半壁江山。但网友们心中不爽的是，除了华为的麒麟芯片算是国货外，其它品牌都成了国外的组装厂。芯片真的难造？下面一剑君就带大家剖析下制造芯片的基本材料——硅（Si）元素吧。
上文说到，当前制造芯片的半导体材料主是要硅，而硅元素就是以二氧化硅（SiO2）形式存在于我们常见的大量的沙子之中。
硅元素就是以二氧化硅（SiO2）形式存在于大量的沙子之中
但是制造芯片用的硅原料，其对硅的纯度要求是很高的，要达到99.9999%，也就是说100万个硅原子中，最多只能有1个杂质原子，在这样高的要求下，对于硅原料，只能是多次提纯。而说到我国对于硅的提炼，就不得不说到享有“中国半导体之母”尊称的林兰英教授了，她是我国微电子和光电子学的奠基人之一，是她在上世纪五十年代就成功地为我国研制了第一根硅单晶、第一根无错位硅单晶和第一台高压单晶炉。可以说，随后我们使用的收音机等涉及到的很多电子器材的半导体材料，都利益于林教授的研究成果。
四价元素的半导体材料——硅硅（Si）是四价元素，意思是它的原子核最外层有四个电子，如下图所示。
硅原子示意图
而经过一系列提炼后的单晶硅材料，其结构相对稳定，这是因为一个原子的最外层电子与另一个原子的最外层电子形成了电子对，这就是所谓的共价键了，如下图所示。
共价键
掺杂一些元素，让硅能按人们的意愿自动执行电流开关工作
半导体材料在一定条件下，可以通电，也可以不通电。要能达到人们想要的样子，一般是给硅材料中添加另外的元素，以达到电流控制的目的。
比如，添加一个五价元素磷（P），磷元素的外层有5个电子，也就是比硅多了一个电子，当磷掺入到硅后，就能让硅中的自由电子量增加，这种半导体材料就称为N型半导体。既然能让自由电子增加，当然也可以让硅原子的自由电子减少，比如添加三价元素硼（B）， 它就能从硅原子中获取一个电子，从而让硅原子失去一个电子，这样的材料就称为P型半导体。当将这两种不同掺杂的半导体放在一起时，就成为PN结了，再将其加入导线、管壳等，就可以封装成各种各样的晶体管了。
芯片（集成电路）
这样，我们就可以通过改变外界的条件，比如电压，就可以让PN结开或关了，当众多的PN结集合在一起，就成为了集成电路，按一定的设计要求，就可以达到传送指令信息的目的了。
结语
随着信息技术的发展，半导体材料越来越得到人们的重视，改变或找到更好的原材料，也许是实现芯片自主制造的一个好方法。
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